Том 1. Прочность (1041446), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Расчет и эксперимент подтвер- дили наличие значительной концентрации напряжений в лобовых швах и большое влияние на распределение напряжений конфигу- рации поперечного сечения шва: глубины проплавления е, угла при вершине ~)с и фор- 0 мы свободной поверхности шва (рис. 2.51). ! К', А 5'=Г00РФ7а Концентрация напряжений заметно снижается при увеличении глубины проплавления, увеличении угла рс в случае действия усилия зар вдоль катета, расположенного напротив угла н0, 00— рс, и введении плавных гв переходов от шва к по- у верхности соединяемых 00 ',," ", „'.
-га ""' деталей. Расчеты на ЭВМ, проведенные в сварочной лаборатории МВТУ з1 им. Н, Э. Баумана, показали, что при возра- 00 ;.и .х., стании нагрузок происходит выравнивание деформаций и снижение концентрации напряжения. На рис. 2.52 приведены распределения напряжений в лобовых швах при средних напряжениях в минимальных сечениях, равных пределу текучести (рис. 2.52, а, б), и в мо- мент начала разрушения швов (рис. 2.52, в, г). Из рис.
2.52, а, б видно, Что области концентрации напряжений 'располагаются у корня шва (точка А) и по линиям перехода от шва к соединяе- мым деталям (точка В на рис. 2,52, а и точка С на рис. 2:52, 6). При увеличении нагрузки (рис. 2.52, в, г) густота линий рав- ных напряжений уменьшается, что говорит о снижении концентра- ции напряжений, Важную роль при этом играет направление на- грузки по отношению к плоскости непровара.
При одинаковых уровнях средних напряжений нагрузка, перпендикулярная пло- скости непровара (рис. 2.52, б), дает большую концентрацию на- пряжений, чем параллельная плоскости непровара (рис, 2.52, а). Эта закономерность сохраняется вплоть до начала разрушения (рис. 2,52, в, г). бг 01 б„,МГГа б ага Д~ -Г00 Г00 0 г00 Рис. 2.53. Распределение напряжений в моде лях сварных соединений с двусторонними на кладками 22 22 Оа> Мна гоо ~оо о |оо о тоо Рис. 2.55. Концентрация напряжений в тавровом сварном соединении Гл Г, при ~ гри Е;=5~ (2.87) (2.
88) (2.89) 75 Напряжения в лобовых швах концентрируются в плоскости АО, проходящей через корень шва А, причем положение этой плоскости зависит от направления нагрузки Р. В дальнейшем по этой плоскости, как правило, происходит разрушение шва. Распределение напряжений в соединениях с лобовыми швами (рис.
2.53, а) показано на рис. 2.53, б (сечение А — А), на рис. 2.53, в (сечение С вЂ” А) и на рис. 2.53, г (сечение  — В). Наибольший ко- Ю эффициент концентрации а = 2 имеет место в сечении А — А (рис. 2.53, б), ы Рис. 2.54. Сварное соединение полос разной толщины о1 и оа В нахлесточных соединениях с двумя лобовыми швами усилия между ними распределяются равномерно, в случае если элементы имеют равные толщины. При неодинаковых толщинах (рис.
2.54) распределение усилий между элементами определяется формулой Р,1Р, = 1+ ~(в, — ъ,)1зД 0,661/(0,661+ 2з,) > (2.86) где Р,— усилие в шве, находящемся на элементе меньшей толщины б;; Р, — усилие в шве, находящемся на элементе болыпей трещины за, 1 — длина нахлестки. Концентрация напряжений имеет место также в лобовых швах тавровых соединений.
Так, возле ребер жесткости, приваренных к растягиваемому элементу (рис. 2.55, а), образуется концентрация напряжений о,. по сечению А — А. Эпюра этих напряжений показана на рис. 2.55, б. Коэффициент концентрации напряжений в шве таврового соединения зависит от его очертания и от формы сопряжения с основным металлом. $15. Распределение напряжений в соединениях с фланговыми швами В соединениях с фланговыми швами имеет место концентрация напряжений в швах и в основном металле полос между швами.
Рассмотрим соединение из двух узких полос, соединенных швами с катетом К длиной 1 (рис. 2.56). Ввиду незначительной ширины полос условно примем распределение напряжений о в полосах равномерным по их ширине. Основные элементы под действием растягивающих усилий удлиняются и перемещаются, во фланговых швах образуются сдвиговые деформации. Прямоугольный элемент дх шва 1 — 1 — 2 — 2 обращается в 1' — 1' — 2в — 2' (рис. 2.56, а), Наибольшие деформации наблюдаются в крайних точках шва, наименьшие — в средних.
Поэтому касательные напряжения распределяются по длине швов неравномерно. Рис. 2.55. Распределение усилий в соединении с длинными фланго- выми швами, прикрепляющими узкую полосу: а — общий вид соединении; б — распределение в по длине шва при Р> = Р;, в — распределение е по длине шва при Р> < е", В соединениях, у которых площади поперечных сечений соединяемых деталей равны (Р, = Р, = Р), напряжение в точке х шва определяется уравнением т = аР [сЬ ах + сЬ а (1 — х)~/(4~К з1т а1), а = ~/'46/(ЕР); 6 — модуль сдвига; Š— модуль упругости; 1 — длина шва. Эпюра т„, приведенная на рис.
2.56, б, представляет собой график функции гиперболического косинуса и называется цепной линией. Наибольшие значения т„принимает в точках х = 0 и х=1: т,„= яР (1 + сЬ а1)/(4[) К зЬ а1) иР (с1[т а1)1(4~ К), и=1 4о/(ЕР). Для равнопрочных соединений (2 [т'1РК1 = [о)рР) при условии [т'1 = 0,6 [а] и Р = 0,7, а также учитывая, что сй а1ж 1, теоретический коэффициент концентрации напряжений в стальном (Е = 2 10в МПа; 6 = 8 10' МПа) фланговом шве аа = трах/Гср — — 0 581 //(0~7К)» где т,р — — Р/(2/РК). При неравновеликих площадях поперечных сечений элементов Р, и Р„например при Р, ( Р.„напряжение (рис.
2.56, в) равно т, = аР ~Р, с1ч ах+ Рв сЬ а (/ — х)Ц2РК (Р, + Р,) зЬ а/11 (2.91) (2.90) при этом а = )~26 (Рт+ Ра)/(ЕРтРе). Распределение т, вдоль швов имеет асимметричный характер: при х = 0 гв = аР (Р, + Р, сЬ а1)Ц2рК (Рт+ Ре) зЬ а/1; (2.93) (2.92) при х=1 Рис. 2,57. Распределение напряжений ог в широкой на- кладке соединения с короткими фланговыми швами условии, что прочность швов равна прочности элемента меньшего поперечного сечения Р,, равен а, = 0,87 ~/1/(1+ р) (р с)т а/+ 1)/зЬ а/, (2.95) где 1г = Р,/Р,. При условии, что все деформации упругие, эпюра распределения т, имеет вид, показанный на рис. 2.56, в. Рассмотрим распределение нормальных напряжений между фланговыми швами в соединениях с накладкой (рис. 2.57).
Допустим, что фланговые швы имеют небольшую длину, и примем приближенно, что напряжения т вдоль их длины одинаковы. Ширину же листов 2а будем считать значительной и определять концентрацию напряжений о, в металле листов, вызванную фланговыми швами. Силовой поток в растянутом листе сгущается в зоне фланговых швов, а средняя часть напряжена меньше.
Поэтому в рассматриваемом соединении неравномерно распределяются нормаль- 1+ Р,)~/д1К (Р, + Р,) з11 а11. (2,94) Наибольшее значение т будет со стороны элемента с меньшим поперечным сечением. Коэффициент концентрации напряжений при ные напряжения. Они максимальны иа краях накладки и мини- мальны в середине. Напряжение сг„вдоль оси х на расстоянии у :от оси накладки составляет (2.96) сг,„= 2, Зтв сЬ $'У/з11 Га, где а — половина ширины накладки; / — половина длины накладки; , /; т,— среднее касательное напряжение во фланговых швах; т, = сг„аз/(РК/) — среднее напряжение в накладке; з— толщина накла ки' накладки', а„— среднее напряжение в соединяемых элементах', / — длина шва.
Максимальное напряжение (2.97) %пах = 213та с111 (2,3а/1). Эпюра о, имеет вид, изображенный на рис. 2.57, и выражается законом гиперболического косинуса, т. е. цепной линией. При К = з теоретический коэффициент концентрации напряжений для этого соединения э 16. Распределение напряжений в комбинирован х соединениях с лобовыми и фланговыми швами Распределение напряжений в соединениях с накладками неравномерно. В тех соединениях, где стыковые швы перекрыты односторонними накладками, образуется эксцентриситет и появляется изги ающий момент.
В таких соединениях напряжения не только не уменьшаются по сравнению со стыковым швом без накладки, но даже заметно возрастают, В соединениях, не имеющих стыковых а, = З,За с1 11 (2,3а//)//. (2.98) При различных отношениях а// коэффициент концентрации а' принимает следующие значения: а/1......... 0,1 0,5 1,0 2,0 ао......,... 1,45 2,01 3,37 0,01 П риведенные данные показывают, что при значительном величении ширины листа по сравнению с длиной фланговых швов коэффициент концентрации нормальных напряжений в листе возрастает, В соединениях с фланговыми швами всегда возникает концентрация напряжений. В соединениях с длинными фланговыми швами при небольшом расстоянии между ними концентрация образуется главным образом в концах фланговых швов (концентрация касательных напряжений т,).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
